CN113604746B - 一种耐高温热轧h型钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温热轧H型钢及其生产方法,成分:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素。与现有技术相比,本发明在综合考虑成本及质量的情况下,采用适当含量的合金元素,通过对钢种成分配比的合理选择,以及机架间微张力的合理选择,再配合合理的轧制工艺得到的优良耐高温性能的H型钢;产品屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,延伸率为22%以上,在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2均值35J以上。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,涉及一种耐高温热轧H型钢及其生产方法。
背景技术
近年来,随着建筑用材由土木砖混到钢结构的转变,高层建筑越来越多采用钢结构。同时,也推进了建筑用H型钢的发展,但普通的H型钢不具备耐高温性。当上升一定温度时,强度会迅速下降至原来的一半,这大大的影响了高层建筑的安全。因此,具有耐高温的H型钢是现代高层建筑所必需的建筑用材,在一定温度时强度还可保持室温的2/3以上,所以耐高温H型钢具有非常重要的意义。
目前我国已有开发成功的耐高温钢,为保证在一定温度具有耐高温性都是采用添加较高含量合金元素Cr、Bi、Ni、Nb、Ti及稀土等。合金元素含量较高,导致生产成本提高,同时由于合金元素含量较高,钢的焊接性能进一步恶化。
公开号为CN107747024A,公开日为2018年3月2日,名称为“一种耐高温钢合金”的专利文献,该钢的化学成分按重量百分比为C:1.5-2.3%,Ti:3.2-3.5%,Mg:3.1-3.6%,Bi:1.1-1.7%,Se:0.6%-0.8%,S:0.8-1.4%,其余为Fe及不可避免的杂质。该发明采用转炉冶炼、LF炉精炼等工艺,硬度、耐热及强度性能效果较好。其不足之处在于该发明C含量较高,焊接性能不佳,且添加了较高含量的贵重金属Ti、Bi、Se等,生产成本较高。
公开号为CN105063504A,公开日为2015年11月18日,名称为“一种低镍耐高温钢材料”的专利文献,其组分及wt%为:C:0.30-0.40%,Si:1.3~1.5%,Mn:<1.2%,Ni:7-9%,Mo:0.3~0.4%,V:0.3-0.5%,RE:0.2-0.3%,W:0.2~0.3%,N:0.2-0.3%,P:≤0.04%,S:≤0.04%,其余为Fe及不可避免的杂质。该发明采用转炉冶炼、LF精炼等工艺,耐热性能较佳,且不用再做热处理。其不足之处在于该发明添加了大量的合金及贵重金属Mo、V、Ni、RE、W,导致生产成本较高。
公开号为CN103572178A,公开日为2014年2月12日,名称为“一种耐高温钢及其制作方法”的专利文献,所述钢的成分按质量百分比计为:Cr:24~28%,Mo:2.3-3.0%,Si:2.0~3.3%,C:0.2-0.4%,Mn:1.0~2.0%,Ni:18.0-23.0%,Nb:1.0-3.0%,Cu:0.1-3.0%,W:2.0-3.5%,P:0.01-0.035%,S:0.2-0.4%,N:0.1-0.3%,其余为Fe和残余的微量杂质。采用二次脱氧工艺,同时具有耐热、易切削、耐酸和耐腐蚀等性能,工作温度可达800-1000℃。其不足之处在于该发明大量添加Cr、Ni、Nb、W、Cu等合金,造成生产成本大大提高。在工艺采用二次脱氧与镇静除渣,使得生产成本较高,生产周期较长。
公开号为CN107354360A,公开日为2017年11月17日,名称为“含稀土Q390B耐火H型钢及其制备方法”的专利文献,其化学成分按重量百分比为:C 0.06~0.12%,Si:0.25-0.55%,Mn:1.25~1.55%,Cr:0.25-0.55%,P≤0.020%,S≤0.020%,Mo:0.20-0.60%,Ni:0.20-0.40%,V:0.09-0.15%和稀土La0.01-0.03%,余量为Fe和不可避免杂质。该发明采用铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空处理、连铸生产工艺,利用稀土的净化晶界使耐火钢具有低屈强比、良好的耐高温软化及焊接性等特点。其不足之处在于添加了较多的Ni、Cr、稀土等贵重合金,生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温热轧H型钢及其生产方法,低成本、不增加合金消耗的常规轧制工艺,能大幅度提高H型钢耐高温性能,满足要求使用的耐高温热轧H型钢。
本发明具体技术方案如下:
一种耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素。
优选的,耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.16%,Si:0.32%,Mn:0.70%,P:0.015%,V:0.015%,Mo:0.315%,S:0.002%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。
所述耐高温热轧H型钢的金相组织为铁素体+贝氏体+珠光体,其中铁素体晶粒度等级在9.0及以上,贝氏体+珠光体体积占比不低于20%。
所述耐高温热轧H型钢在高温拉伸时,铁素体晶粒受拉应力影响,晶粒内少量位错开始滑移,晶粒内部形成了台阶状结构,铁素体组织塑性变形导致位错大量繁殖,出现加工硬化现象,铁素体承担的应力开始向未屈服的贝氏体转移,如图1所示;贝氏体晶粒开始发生变形、旋转,并在贝氏体和铁素体相界面上产生孔洞。外力拉伸使晶粒中大量位错滑移并开始缠结,位错密度大幅增加,晶界变得模糊不清,呈现纤维状,如图2所示。在高温拉伸时贝氏体组织受力均匀,且贝氏体组织中的碳化物起到析出强化作用,这使得该钢的高温屈服强度相对较高。添加了微合金化元素Mo、V等,在钢中形成了MC、M(C,N)和MC型化合物,以Mo为主的MoC的析出相大幅度增加有关,造成的沉淀强化作用有效地提高了耐火钢的高温力学性能。
所述耐高温热轧H型钢力学性能达到:室温屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,断后伸长率为22%以上;在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2不低于35J。
更优选的,所述耐高温热轧H型钢在400℃以上高温仍具有室温强度的80%以上。
本发明提供的一种耐高温热轧H型钢的生产方法,包括轧制;
所述轧制具体为:异型坯经加热炉加热至1200~1250℃,在炉时间为80~100min;开轧温度控制在1100~1150℃,终轧温度控制在850~930℃。
耐高温热轧H型钢的生产方法的过程为:铁水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→异型坯全保护浇铸→轧制→轧后空冷。
与现有技术相比,本发明在综合考虑成本及质量的情况下,采用适当含量的合金元素,通过对钢种成分配比的合理选择,再配合合理的轧制工艺得到的优良耐高温性能的H型钢;通过该耐高温热轧H型钢的轧制工艺生产的H型钢,屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,延伸率为22%以上,在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2均值35J以上。
附图说明
图1为铁素体变形SEM照片;
图2为贝氏体变形SEM照片;
图3为实施例1金相组织;
图4为实施例2金相组织;
图5为实施例3金相组织;
图6为对比例1金相组织;
图7为对比例2金相组织;
图8为对比例3金相组织。
具体实施方式
下面通过实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
一种耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素。
所述的耐高温热轧H型钢的生产方法,包括以下步骤:
根据本发明的化学成分,熔炼出所述化学成分的钢,钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为80~100min;开轧温度控制在1100~1150℃,终轧温度控制在850~930℃,轧后空冷;即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。
本发明具体实施例方式如下:
实施例1
一种耐高温热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.19%,Si:0.28%,Mn:0.71%,P:0.014%,V:0.013%,Mo:0.252%,S:0.003%,N:0.009%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为95min;开轧温度控制在1126℃,终轧温度控制在885℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
实施例2
一种耐高温热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.15%,Si:0.22%,Mn:0.90%,P:0.015%,V:0.013%,Mo:0.321%,S:0.002%,N:0.005%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为98min;开轧温度控制在1132℃,终轧温度控制在880℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
实施例3
一种耐高温热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.16%,Si:0.32%,Mn:0.70%,P:0.015%,V:0.015%,Mo:0.315%,S:0.002%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为86min;开轧温度控制在1130℃,终轧温度控制在890℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
对比例1
一种热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.15%,Si:0.30%,Mn:0.71%,P:0.015%,V:0.013%,Mo:0.350%,S:0.002%,N:0.009%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1250~1270℃轧制,在炉时间为110min;开轧温度控制在1162℃,终轧温度控制在940℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
对比例2
一种热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.12%,Si:0.21%,Mn:0.71%,P:0.010%,V:0.014%,Mo:0.150%,S:0.001%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为75min;开轧温度控制在1050℃,终轧温度控制在885℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
对比例3
一种热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.10%,Si:0.22%,Mn:0.40%,P:0.014%,V:0.005%,Mo:0.315%,S:0.001%,N:0.008%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为90min;开轧温度控制在1131℃,终轧温度控制在890℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
表1各实施、对比例熔炼化学成分(wt%)
序号 | C | Si | Mn | P | S | V | Mo | N |
实施例1 | 0.19 | 0.28 | 0.71 | 0.014 | 0.003 | 0.013 | 0.252 | 0.009 |
实施例2 | 0.15 | 0.22 | 0.90 | 0.015 | 0.002 | 0.013 | 0.321 | 0.005 |
实施例3 | 0.16 | 0.32 | 0.70 | 0.015 | 0.002 | 0.015 | 0.315 | 0.006 |
对比例1 | 0.15 | 0.30 | 0.71 | 0.015 | 0.002 | 0.013 | 0.350 | 0.009 |
对比例2 | 0.12 | 0.21 | 0.71 | 0.010 | 0.001 | 0.014 | 0.150 | 0.006 |
对比例3 | 0.10 | 0.22 | 0.40 | 0.014 | 0.001 | 0.005 | 0.315 | 0.008 |
按照EN 10002-1、EN 10045-1、EN 10002-5分别检验拉伸、冲击和高温拉伸性能。本发明得到的H型钢在常温下屈服强度达到300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,断后伸长率在22%以上,在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2不低于35J。
表2实施、对比例的轧制工艺和力学性能
表3实施、对比例的显微组织统计
序号 | 显微组织 | 晶粒度 | 贝氏体+珠光体占比% |
实施例1 | F+P+B | 9.0 | 23 |
实施例2 | F+P+B | 9.5 | 28 |
实施例3 | F+P+B | 9.5 | 26 |
对比例1 | F+P+B | 7.0 | 17 |
对比例2 | F+P+B | 9.0 | 12 |
对比例3 | F+P+B | 8.5 | 21 |
从上表可看出实施例1-3化学成分、轧制工艺均符合上述要求,性能也是满足要求的。对比例1轧制工艺不在要求范围内,轧制温度过高造成晶粒粗大,晶粒边界强度、蠕变性能降低,因此会造成强度下降,见图6。对比例2-3中Mo、V含量不在要求范围内,而Mo是提高钢热强性的主要合金元素,V又是主要的微合金化元素,因此强度不满足要求。Mo和V的作用:提高晶界的强度,抑制晶界上沉淀的发生,改善钢的高温力学性能。Mo主要起固溶强化的作用,同时Mo易于偏聚于晶界处,强化晶界。V通过在高温析出弥散细小分布的V(C、N)起到析出强化的作用。对比例2-3中Mo、V含量不在要求内,产品耐高温性能不能满足本发明要求。
本发明耐高温热轧H型钢的生产工艺,采用上述范围内含量的合金元素,通过对异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为80~100min,开轧温度控制在1100~1150℃,再配合850-930℃终轧温度的轧制工艺就可得到具有优良耐高温性能的H型钢。
Claims (3)
1.一种耐高温热轧H型钢,其特征在于,所述耐高温热轧H型钢由以下质量百分比成分组成:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素;
所述耐高温热轧H型钢的生产方法,包括轧制,所述轧制为:异型坯经加热炉加热至1200~1250℃,在炉时间为80~100min;开轧温度控制在1100~1150℃,终轧温度控制在850~930℃;
所述耐高温热轧H型钢的金相组织为铁素体+贝氏体+珠光体,其中铁素体晶粒度等级在9.0及以上,贝氏体+珠光体体积占比不低于20%;
所述耐高温热轧H型钢,室温屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,断后伸长率为22%以上;在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2不低于35J。
2.根据权利要求1所述的耐高温热轧H型钢,其特征在于,所述耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.16%,Si:0.32%,Mn:0.70%,P:0.015%,V:0.015%,Mo:0.315%,S:0.002%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温热轧H型钢,其特征在于,所述耐高温热轧H型钢,所述耐高温热轧H型钢在400℃以上高温仍具有室温强度的80%以上。
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- 2021-08-12 CN CN202110924853.4A patent/CN113604746B/zh active Active
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